Contribution à l'étude de la formation des grandes structures de l'univers

par Romain Teyssier

Thèse de doctorat en Astrophysique et techniques spatiales

Sous la direction de Jean-Pierre Chièze.

Soutenue en 1996

à Paris 7 .

mots clés

• Astronomie
• Cosmologie
• Galaxies -- Amas
• Hydrodynamique
• Structure à grande échelle (astronomie)

Résumé

Le scénario standard de la formation des grandes structures de l'univers s'appuye sur le modèle standard du big-bang et sur le concept d'effondrement hiérarchique. Dans ce cadre, j'ai tout d'abord étudié la distribution à grandes échelles des objets denses et relaxés qui proviennent de l'évolution non-linéaire de fluctuations primordiales gaussiennes, en calculant leur fonction de masse. Je me suis ensuite intéressé a la structure interne de ces objets, en décrivant à la fois la distribution du gaz et de la matière non-collisionnelle. Les profils de densité obtenus résultent de la relaxation de la matière au cours de l'effondrement d'une perturbation de densité dans un univers en expansion. J'ai montré que dans certains cas apparait une ségrégation dynamique entre les deux composantes et que la fraction de gaz croit avec le rayon, en accord avec les observations des amas de galaxies. J'ai par ailleurs développé au cours de ma thèse un code hydrodynamique à trois dimensions, destiné à l'étude des fluides compressibles. Ce code, baptisé Hydrel et couplé avec un code particule-grille qui décrit la matière non-collisionnelle, permet l'étude de la formation des amas de galaxies dans des conditions très proches de la réalite. J'ai alors montré que, dans les régions externes des amas, on s'attend a des ecarts sensibles entre la temperature des ions et celle des electrons, a cause de la lenteur des processus microscopiques de relaxation entre les differentes particules qui composent le gaz. J'ai ensuite aborde l'etude des regions internes des amas, en montrant qu'une modélisation multi-phasée du gaz permet de traiter correctement les processus de refroidissement dans le coeur des amas. Par l'intermédiaire d'une modélisation dynamique complète de l'effondrement d'une perturbation de densité dans un univers en expansion, j'ai montré que l'on pouvait reproduire les propriétés de la plupart des amas observés, avec notamment une forte ségrégation entre le gaz chaud, qui emet le rayonnement x, et la masse totale, qui détermine le potentiel gravitationnel.

Titre traduit

Contributions to the study of large scale structures formation in universe

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